Dio 2: Huperzin A i njegova neuroprotektivna molekularna signalizacija u Alzheimerovoj bolesti

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Kliknite ovdje za 1. dio

Kliknite ovdje za 3. dio

Cistanche može pomoći kod Alzheimerove bolesti

3. Neuroprotektivna molekularna signalizacija HupA protiv AD

Theneuroprotektivniučinci liječenja HupA rezultat su kolinergičke signalizacije, koja povećava ekspresiju neurotrofnog faktora, sinaptičku aktivnost, antagonizam N-metil-D-aspartat (NMDA) receptora (NMDAR), modulaciju ROS-a i preživljavanje neurona [3,9].

Otpuštanje sinaptičkih vezikula jedno je od Hupinihneuroprotektivnimehanizmima. Tijekom ciklusa sinaptičkih vezikula u sinapsama CNS-a, sinaptičke vezikule pune se neurotransmiterima putem aktivnog transporta i tvore bazen vezikula. Ispunjene vezikule pristaju u aktivnoj zoni, gdje prolaze reakciju primarne reakcije koja ih čini kompetentnima za otvaranje pora fuzije izazvano Ca2 plus [47]. U ovom koraku sinaptotagmini funkcioniraju kao Ca2 plus senzori; zapravo, nokautu sinaptotagmina- 1 nedostaje sinkronizirano i brzo otpuštanje neurotransmitera, što pokazuje koliko je njihova funkcija relevantna [47]. HupA potiče ekspresiju sinaptotagmina, poboljšavajući egzocitozu sinaptičkih vezikula i oslobađanje neurotransmitera [48] (vidi tablicu 1).

Kao što je prethodno spomenuto, HupA inhibira AChE, pa će se nakon liječenja HupA akumulirati acetilkolin. Signaliziranje acetilkolinom djeluje uglavnom preko 7nAChR i 4 2nAChR, proizvodeći protuupalni odgovor [39]. Acetilkolinska signalizacija modulira funkciju živčanih stanica preteča kroz put protein kinaza aktiviranih mitogenom/kinazama reguliranih izvanstaničnim signalom (MAPK/ERK), koji se također aktivira kao odgovor na HupA, vršećineuroprotektivnifunkcije [49]. Isto se događa s signalizacijom neurotrofnog faktora (BDNF)/tropomiozin receptora B (TrkB) izvedenog iz mozga, koji zauzvrat aktivira put fosfatidilinozitol 3-kinaze (PI3K)/Akt serin-treonin kinaze (vidi tablicu 1). Aktivacija signalnog puta rapamicina (mTOR) ovisnog o BDNF/TrkB PI3K/TrkB/sisavcima potiskuje apoptozu i pridonosi preživljavanju neurona [50]. Kolinergičko povećanje BDNF-a u bazalnim kolinergičkim neuronima prednjeg mozga poboljšava indukciju i održavanje dugotrajne potencijacije (LTP), sinaptičku transmisiju (djelujući na pre- i postsinaptička mjesta) i presinaptičko otpuštanje ekscitatornog neurotransmitera glutamata [51], čime se sprječava gubitak kolinergičkih neurona i čuvaju kognitivne funkcije [52,53]. Konačno, HupA povećava razine fosforiliranog cikličkog adenozin monofosfatnog proteina koji se veže na elemente (CREB) u hipokampusu, koji je u interakciji s BDNF-om u CREB/BDNF putu, bitnom u višestrukim interakcijama gen-kognicija-okoliš [54]. Jedan od glavnihneuroprotektivniUčinak HupA je poboljšanje nakupljanja A i neurotoksičnosti kroz različite kolinergičke mehanizme [55]. Prvo, svojom aktivnošću AChEI, HupA remeti interakciju AChE-A, kao što je opisano u prethodnom odjeljku (vidi sliku 2) [19,56,57], umanjujući p53-posredovanu neuronsku smrt [37]. HupA ima slično djelovanje s molekulom postsinaptičke stanične adhezije neuroligin 1 (NL1) [48]. NL1 ima izvanstaničnu domenu s visokim stupnjem sličnosti s kolinesterazama (ChEs) [58,59]. Zabilježena je interakcija između NL1 i A oligomera. Pročišćena izvanstanična ChE-slična domena NL1 veže se izravno na A oligomere [60], a A oligomeri se povezuju s NL1 na ekscitatornim hipokampalnim sinapsama [61]. Kao i kod AChE, HupA stupa u interakciju s ChE-sličnom domenom NL1 [46], prekidajući interakciju A-NL1 i smanjujući ekscitotoksičnost izazvanu oligomerizacijom (vidi tablicu 1). Osim što ometa interakciju s A oligomerima, HupA također ublažava nakupljanje A. Iako HupA nema utjecaja na proizvodnju APP-a, modulira njegovo cijepanje.

APP se cijepa jednim od dva moguća puta. U neamiloidogenom putu -sekretaze, APP se cijepa pomoću -sekretaze kao što je dezintegrin i protein 10 koji sadrži domenu metaloproteinaze (ADAM10), stvarajući topljivu ektodomenu APP (sAPP) i unutarstanični C-terminalni fragment vezan za membranu (C83). ). Daljnja obrada y-sekretazom cijepa C83, dajući 3-kDa peptid (P3) i APP intracelularnu domenu (AICD) [62]. P3 i AICD su i neurotrofični ineuroprotektivni[26]. S druge strane, u amiloidogenom putu /y-sekretaze, cijepanje vrši BACE1, a ono daje malo kraći topljivi APP fragment (sAPP) i C99 fragment. Daljnja obrada pomoću y-sekretaze cijepa C99 i oslobađa AICD i peptid A, obilježje AD patologije [62].

HupA povećava ekspresiju fragmenata sAPPa i C83 [26,32], i ovisno o dozi obnavlja konstitutivnu ekspresiju ADAM10, istovremeno regulirajući membransku translokaciju BACE1, što sprječava povezanost BACE1-APP (vidi sliku 3). ).

Tablica 1. Molekularni ciljevi kolinergičkih mehanizama HupA u patologijama povezanim s demencijom i učinci liječenja.

(AChE: acetilkolinesteraza; nAChRs: nikotinski acetilkolinski receptori; Bcl-2: B-stanični limfom-2; Bax: Bcl-2-kao protein 4; Gsk-3: glikogen sintaza kinaza -3 : mTOR: meta rapamicina kod sisavaca; BDNF: neurotrofni čimbenik izveden iz mozga; TrkB: tropomiozin receptor kinaza B).

Slika 3. HupA regulira APP obradu. HupA ovisno o dozi povećava aktivnost neamiloidogenog puta kroz cijepanje amiloidnog prekursorskog proteina (APP) pomoću -sekretaze, proizvodeći topljive -APP fragmente, P3 peptid i C83 fragment. Oni su i neurotrofni i neuroprotektivni i pojačani su nakon liječenja HupA. HupA također smanjuje razine BACE1, /y-sekretaze koja proizvodi topive -APP fragmente u onome što je poznato kao amiloidogeni put, uz C99 fragment koji se cijepa da bi se formirao peptid A. Ovi proizvodi pokreću apoptotičke odgovore, kao što je stvaranje mjehurića na neuronskoj membrani i skupljanje stanica, što dovodi do stanične smrti (APP: amiloidni prekursorski protein; BACE1: beta-mjesto amiloidnog prekursorskog proteina koji cijepa enzim 1; sAPP: topljivi amiloidni prekursorski protein-; sAPP: topljivi amiloid prekursorski protein- ).

Aktivacija mAChRs i putova protein kinaze C (PKC)/MAPK predloženi su kao mehanizam za ovaj učinak [15,23,46], kao i povećanje fosforilacije ERK1/2 posredovano HupA, koje također može regulirati transkripciju ADAM10. Drugi mehanizam za kolinergičku modulaciju APP obrade je aktivacija Wnt signalizacije. Wnt signalizacija igra ključnu ulogu u presinaptičkoj montaži, postsinaptičkoj diferencijaciji u perifernim neuromuskularnim sinapsama kralježnjaka, diferencijaciji matičnih stanica te razvoju i održavanju CNS-a [63-65]. Nedavni dokazi sugeriraju da također regulira vaskularnu stabilnost, cjelovitost BBB-a i upalu [66]. U kanonskom Wnt putu ili Wnt/-katenin putu, Wnt ligandi se vežu na receptore Frizzled (FZD) i obitelji proteina niske gustoće povezanih s lipoproteinima (LRP) na površini stanice i aktiviraju nekoliko komponenti citoplazmatskog releja, uključujući GSK{{ 13}} i adenomatozna polipoza coli (APC), konačno signalizirajući kateninu. -katenin ulazi u jezgru i tvori kompleks s faktorom vezanja limfoidnog pojačivača 1 (LEF1) za aktiviranje transkripcije Wnt ciljnih gena. Wnt signalni putovi koji su neovisni o -kateninu nazivaju se nekanonskim putovima, koji uključuju put planarne stanične polarnosti (PCP), poznat i kao put Wnt/Jun N-terminalne kinaze (JNK), i put Wnt/Ca2 plus put [63] (vidi sliku 4).

Slika 4. HupA utječe na Wnt signalizaciju. HupA utječe i na kanonsko i na nekanonsko Wnt signaliziranje. Što se tiče kanonske signalizacije, HupA modulira Wnt/-catenin put regulacijom GSK-3 aktivnosti. HupA povećava razine fosforilacije GSK-3 / , što stabilizira -katenin i pojačava ekspresiju njegovih ciljnih gena, povezanih sa sinaptičkom plastičnošću i preživljavanjem neurona, dok istovremeno sprječava tau hiperfosforilaciju i A neurotoksičnost. HupA također stupa u interakciju s nekanonskim putem putem PKC/MAPK signalizacije. Aktivacija PKC također inhibira aktivnost GSK-3 i igra ulogu u regulaciji ekspresije -sekretaze, sprječavajući nakupljanje A i apoptozu neurona (Wnt: integracijsko mjesto povezano s beskrilcima; GSK3: glikogen sintaza kinaza 3; PKC: protein kinaza C; MAPK: protein kinaza aktivirana mitogenom).

Inhibicija Wnt signalizacije uzrokuje kognitivne nedostatke, povećava tau fosforilaciju, povećava koncentracije A 1-42 peptida i omjer A 42/A 40 u hipokampusu i smanjuje koncentracije A 1-42 u cerebrospinalnoj tekućini, što ukazuje na nedovoljan klirens preko BBB [18]. Stoga, aktivacija Wnt signalizacije putem HupA ublažava A opterećenje i kognitivne nedostatke [23,25,32].

Wnt signalizacija također modulira neamiloidogenu obradu APP-a, budući da transkripcijska aktivacija Wnt ciljnih gena translokacijom -katenina usmjerava APP obradu prema ADAM10 dok potiskuje transkripciju BACE1, povezujući tako Wnt signalizaciju i nakupljanje A [67], kao što je ranije spomenuto. GSK-3 je jedna od komponenti Wnt-ovog citoplazmatskog releja, a njegova povećana aktivacija uzrokuje povećanu fosforilaciju -katenina, koji inhibira kanoničku Wnt signalizaciju [63], i znakove AD kao što su prekomjerna fosforilacija tau proteina i generacija A. Osim toga, pokazalo se da A smanjuje PI3K/Akt signalizaciju, što dovodi do aktivacije GSK-3. Ovo stvara povratnu spregu koja inducira tau hiperfosforilaciju, stvaranje neurofibrilarnog klupka, sinaptotoksičnost, gubitak sinapsi i na kraju smrt neurona [64]. Međutim, kao što je prethodno spomenuto, HupA povećava signalizaciju PKC, a PKC inhibira aktivnost GSK-3, sprječavajući fosforilaciju tau i proizvodnju A (vidi sliku 4) [32]. Kroz aktivaciju signalizacije Wnt i PKC, liječenje HupA spašava neamiloidogenu obradu APP-a, što ukazuje da bi ti putovi mogli biti središnji za HupAneuroprotektivniučinci protiv opterećenja A [32] (vidi tablicu 1). Nadalje, ovim mehanizmima HupA štiti presinaptičku strukturu i sinaptičku plastičnost [26,32,61,68] (vidi tablicu 1).

cistanche pharma specialfor Alzheimerova bolest

HupA također djeluje preko nekolinergičkih mehanizama, ciljajući na strukturu i funkciju mitohondrija kao i na Fe2 plus homeostazu. Mitohondrijske perturbacije opisane su u patologiji AD, uključujući promjene u morfologiji, kompromitirani ciklus trikarboksilne kiseline (TCA), smanjenu aktivnost citokrom C (CytoC) oksidaze i oksidativni stres [69]. A se može akumulirati u mitohondrijima, u interakciji s mitohondrijskim proteinom A - vezujućim alkohol dehidrogenazom (ABAD), uzrokujući poremećaje koji dovode do neurotoksičnosti i apoptoze. Akumulacija i mitohondrijska disfunkcija u sinergiji aktiviraju neurodegenerativne putove uključene u kognitivni gubitak [52,53]. Mitohondriji započinju apoptozu otpuštanjem proteina kao što je CytoC iz intermembranskih i intrakoastalnih prostora, nakon čega slijedi aktivacija kaspaza i faktora koji inducira apoptozu (AIF) (put apoptoze neovisan o kaspazama). Permeabilizacija vanjske membrane dovodi do metaboličkog zatajenja mitohondrija s naknadnim oticanjem mitohondrija i smrću neurona [69]. S druge strane, prekomjerna ekspresija APP-a može utjecati na funkciju mitohondrija remetenjem lokalizacije proteina NIPSNAP1 u mitohondrijskom matriksu kroz izravnu interakciju, mijenjajući vezanje komponenti dihidrolipoil transacilaze i dihidrolipoil transacetilaze kompleksa ketokiselina razgranatog lanca i kompleksa piruvat dehidrogenaze u unutarnjoj membrani mitohondrija [ 37] (vidi sliku 5). HupA inhibira citoplazmatsku translokaciju cijepanja CytoC i kaspaze-3 [69], prigušujući signale koji induciraju apoptozu (vidi tablicu 2) i vjerojatno sprječava mitohondrijsku disfunkciju izazvanu APP-om poništavanjem poremećaja lokalizacije proteina NIPSNAP1 u matriksu mitohondrija [37]. HupA također pojačava glutation peroksidazu (GSH-Px), superoksid dismutazu (SOD) i katalazu (CAT), čime sprječava oksidativni stres [70]. Neuroprotekcija posredovana HupA-om vjerojatno uključuje obnovu intaktne dvostruke membrane, koja obnavlja potencijal membrane i proizvodnju ATP-a, što znači očuvanu energetsku homeostazu [35,52] (vidi tablicu 2). Proteomska analiza potvrđuje da HupA povećava ekspresiju proteina uključenih u oksidativnu fosforilaciju [37].

Slika 5. HupA spašava integritet mitohondrija nakon izlaganja A. A prolazi dvostruku membranu mitohondrija i nakuplja se u matriksu. Mitohondrijske perturbacije uključuju promjene u morfologiji, kompromitirani TCA ciklus i smanjenu aktivnost CytoC oksidaze. Stanična smrt započinje otpuštanjem proteina iz intermembranskih i intrakoastalnih prostora koji aktiviraju kaspaze i AIF (put apoptoze neovisan o kaspazama). Permeabilizacija vanjske membrane dovodi do metaboličkog zatajenja mitohondrija s naknadnim bubrenjem mitohondrija, nakupljanjem ROS-a i smrću neurona. Liječenje HupA sprječava nakupljanje A u matriksu kao i interakciju A s mitohondrijskim proteinima. HupA sprječava otpuštanje CytoC i naknadnu apoptozu. Također spašava ukupnu stabilnost membrane, štiteći tako enzimsku aktivnost mitohondrija, potencijal membrane i stvaranje ATP-a. HupA također obogaćuje proteine ​​uključene u oksidativnu fosforilaciju, poboljšavajući disanje mitohondrija (ABAD: alkoholna dehidrogenaza koja veže amiloid beta; CAT: katalaza; GSH-PX: glutation peroksidaza; SOD: superoksid dismutaza; ROS: reaktivne vrste kisika; IMS: intermembranski prostor; CytoC : citokrom C; Cas-3: kaspaza-3; AIF: čimbenik koji izaziva apoptozu).

Tablica 2. Molekularni ciljevi HupA-ovih nekolinergičkih mehanizama u vezi s demencijom i učinci liječenja.

Cytotec: citokrom C; Cas-3: kaspaza-3; AIF: čimbenik koji izaziva apoptozu; MAČKA: katalaza; GSH-PX: glutation peroksidaza; SOD: superoksid dismutaza; TFR1: transferinski receptor 1; ROS: reaktivne vrste kisika; APP: protein prekursor amiloida; IRP: regulatorni protein željeza).

Što se tiče Fe2 plus homeostaze, objavljeno je da modeli AD miševa imaju povišene razine Fe2 plus u korteksu i hipokampusu u usporedbi s WT miševima. Sukladno tome, ekspresija proteina receptora transferina 1 (TFR1) je regulirana prema gore u APPswe/PS1dE9 miševa, što objašnjava povećanje Fe2 plus unosa [34]. Fe2 plus-posredovana neurodegeneracija mogla bi potjecati od regulacije aktivnosti -sekretaze, inhibirajući neamilaaoidogeni put, s istodobnim povećanjem ekspresije APP-a zbog funkcionalnog elementa koji reagira na željezo (IRE) koji je identificiran u promotoru APP-a, što bi objasnilo zašto se razine APP povećavaju nakon tretmana Fe2 plus, a smanjuju nakon tretmana kelatorom. Alternativno objašnjenje moglo bi biti da bi translacijska ekspresija APP-a mogla biti usmjerena putem otpuštanja klasične represorske interakcije između APP mRNA i željeznog regulatornog proteina -1 (IRP-1) [34]. HupA može djelovati izravno kao Fe2 plus kelator, smanjujući kapacitet IRP-1 da inducira APP translaciju [34]. HupA također smanjuje ekspresiju TFR1 u miševa in vivo, što smanjuje unos željeza vezanog za transferin (TBI) u neuronima [34] (vidi sliku 6) (vidi tablicu 2).

herba epimedium sagittatum

Konačno, važno je napomenuti da HupA smanjuje ekspresiju proinflamatornih citokina putem aktivacije nAChRs. Aktiviranjem kolinergičkog protuupalnog puta, eferentni luk upalnog refleksa u CNS-u dovodi do potisnute ekspresije upalnih citokina i sustavnih upalnih odgovora. Aktivacija 7nAChR smanjuje aktivaciju makrofaga, mikroglije i astrocita inhibirajući proizvodnju proinflamatornih citokina dok se ekspresija protuupalnih citokina ne mijenja [10,46,71]. Kolinergički protuupalni učinci HupA smanjuju IL-1, IL-6 i TNF-sekreciju i NF-kB signalizaciju, slabeći neuroinflamatorni odgovor [72].

Slika 6. HupA regulira Fe2 plus homeostazu. HupA sprječava nakupljanje Fe2 plus unutar neurona. Može djelovati kao kelator, dok također smanjuje ekspresiju TFR1 i sprječava unos Fe2 plus u stanicu. Smanjenjem koncentracije Fe2 plus unutar neurona, HupA smanjuje translaciju APP-a. Fe2 plus veže IRP, oslobađajući ga od APP mRNA koja se zatim može prevesti. U prisutnosti HupA, koncentracija Fe2 plus pada i oslobađa se manje IRP-a, besmisleni APP se prevodi. HupA neizravno smanjuje ROS kroz sve ove mehanizme (TFR1: transferinski receptor 1; Tf: transferin; TBI: transferin vezano željezo; ROS: reaktivne kisikove vrste; APP: amiloidni prekursorski protein; IRP: regulatorni protein za željezo).

ehinakozid za pamćenje